绿洲化进程中农田土壤粒径分布分异特征与机制研究

绿洲化与荒漠化同为干旱区基本地理过程，揭示这些过程中土壤环境变异特点成为干旱区环境研究中的热点。项目旨在从绿洲化视角出发，取近50年来绿洲扩张进程明显、常年受风蚀影响严重的塔里木盆地南缘绿洲为研究区，着重探讨绿洲化进程中农田这同一种土地利用方式下，与诸多土壤特性密切相关且能有效反映土壤侵蚀的土壤粒径分布（PSD）指标的变异特征与机理。在遥感影像分析及实地调查研究区绿洲化进程特点的前提下，基于试验田定位观测及农田大面积取样，利用目前土壤PSD研究中成熟的分形理论，系统分析绿洲化进程中农田土壤PSD的分异特征；同时通过排序算法在PSD研究中的工作基础及相关算法改进，定量研究人为及自然风蚀等因素对农田土壤PSD分异的贡献率，并结合农田土壤PSD的分异特征，全面阐明绿洲化进程中农田土壤PSD的分异机制。本项目在丰富干旱区绿洲土壤科学研究的同时，亦为绿洲农田合理开发利用及防止土壤侵蚀提供理论依据。

本项目基于塔里木盆地南缘绿洲化进程加剧这一背景，重点探讨农田土壤粒径分布（PSD）物理特性在绿洲化进程中的分异特征及机制。依托策勒国家野外研究站，选取塔里木盆地南缘的策勒绿洲为典型研究区。基于研究站历史资料及博士期间工作基础，加之合理的实验设计与数据的顺利获取，使得本项目得到顺利执行，并在项目的前两年已经全部实现既定研究目标，并且基于此现状，申请人主动要求在项目执行最后一年增加研究内容，即在农田之外，探讨绿洲化进程中荒漠-绿洲交错带土壤PSD状况，及其如何影响土壤持水力变化进而影响到自然植被的恢复状况。该部分增加内容得到基金委的同意，并且也已经取得进展。三年的项目执行期间，无论既定的还是增加的研究目标，均通过研究获得出口，且所有研究成果在相关权威期刊上发表：SCI期刊发表论文3篇，EI期刊发表论文2篇，CSCD期刊发表论文7篇。所有论文均紧扣研究区绿洲化特征，以PSD为主线展开设定研究。因此本项目得到顺利及超额完成。.具体研究进展：1）通过TM遥感影像对塔里木盆地南缘诸绿洲在1977~2010年间的扩张时空特征进行了分析，其面积由1.31×104km 增加到1.33×104km，其中农田面积显著增加了58%，这些变化主要体现在2000年后的时期，策勒绿洲也展现相同特征；2）基于策勒站长期观测农田土壤历史数据，建立土壤质量综合指标并与PSD进行相关性分析，结果表明土壤PSD能有效的表征塔里木盆地南缘绿洲土壤环境状况，是绿洲化进程中反应土壤环境的有效因子；3）通过对策勒绿洲不同区域、不同利用年限农田1m深度内的土壤取样及PSD分析，基于传统的PSD分形算法，得出绿洲化进程中农田土壤PSD在1m深度内存在显著分异特征，但随着深度增加这种分异性减弱；4）结合农田空间位置、利用年限、常年主风向等因素，利用聚类分析初步定性得出农田空间位置（表征风蚀强度差异）与利用年限是土壤PSD分异的主要影响因素，其中利用年限起主导作用；5）首次引入数量生态学的排序算法并定量分析空间位置及利用年限对PSD分异的贡献率，结果表明利用年限在20cm土壤PSD分异上产生了67%贡献率，但随深度增加贡献率逐渐减弱，表明历史沉积因素是PSD分异主要原因；6）增加了研究内容，即对交错带自然植被在砍伐、火烧等不同处理下的PSD分异进行了研究，此外还对交错带深根植物根系层PSD分异情况及持水力情况进行研究。